UNIST는 에너지화학공학부 김건태 교수팀이 성능과 안정성이 뛰어난 메탄 건식 개질 반응용 촉매를 개발했다고 10일 밝혔다.
메탄 건식 개질 반응은 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 화학 반응시켜 수소와 공업 원료인 일산화탄소를 생산하는 기술이다. 화학 반응에 소모되는 에너지를 줄이기 위해 촉매를 쓴다.
연구팀이 개발한 촉매는 삼상(Ternary) 합금 나노입자가 촉매 표면에 돋아난 형태다. 합금 나노입자에 금속 원소 3개(코발트, 니켈, 철)가 섞여 있어 기존 촉매보다 메탄 분해(해리) 반응을 더 잘 촉진한다.
이는 철이 첨가되면서 나타난 합금 나노 입자의 전자 구조 변화가 메탄의 화학 결합을 더 느슨하게 만들기 때문이라고 연구팀은 설명했다.
연구팀이 개발한 촉매를 쓰면 초당 변환되는 메탄 분자의 수가 단상 촉매보다 약 84.8% 증가했다. 또 750도에서 약 350시간 이상 잘 작동하는 안정성을 보였다.
개발한 촉매는 ‘스마트 자가재생 촉매’의 한 종류다. 촉매 입자 내부의 금속 원소가 반응을 반복하면 표면으로 솟아오르는 용출 현상을 이용하는 촉매다. 표면이 새로운 금속 나노입자로 재생되면서 촉매 성능을 오래 유지 할 수 있다. 특히 니켈(Ni) 또는 코발트(Co) 금속을 용출 시키면 이 둘이 나노 입자 합금을 만들어 성능이 뛰어나다.
이번 연구에서는 촉매 입자 표면에 철을 얇게 입혀 니켈과 코발트 금속을 표면으로 더 잘 올라오게 만들었다. 또 용출된 니켈, 코발트 입자가 철과 섞여 새로운 삼상 합금이 형성돼 성능이 더 좋아졌다. 삼상 합금이 발견 된 것은 최초다.
한편 이번 연구결과는 화학분야 세계적 권위지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’에 지난달 7일자로 온라인 공개돼 정식출판을 앞두고 있다.
차형석기자 stevecha@ksilbo.co.kr
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